论文部分内容阅读
随着工业化与城市化发展的加速,环境污染和能源短缺作为两个世界性难题,引起了社会的重点关注。环境污染破坏了生态系统,也对人类社会造成了持续性危害。除了环境污染,能源紧缺也是全球关注的问题,不可再生资源的紧缺导致人们更多地关注起可再生能源。经济发展和生存的迫切需求,使得解决污染和能源危机迫在眉睫。光催化技术作为一种既能解决环境污染问题,又能解决能源短缺问题的技术,引起了各国科学家的关注。但是传统无机半导体光催化材料存在太阳光能利用率不足、光量子效率低等问题,阻碍了光催化技术的应用。因此,制备一种能较大程度利用太阳能并且具有较高光量子效率的光催化剂是光催化技术发展中迫切需要解决的问题。氯氧化铋作为一种层状结构半导体,具有光学性能优异、无毒害、价廉易得、化学稳定性好等优点,因此在光催化领域吸引了研究人员的关注。但是氯氧化铋依旧存在带隙宽、光催化量子效率低等缺点,所以使用氯氧化铋制备具有带隙窄、量子效率高的新型催化剂具有非常重要的意义。本论文以五水合硝酸铋、乙二醇和乙醇为原材料,采用醇热反应技术制备出氯氧化铋,再通过构建无机无机半导体异质结结构、构建有机无机半导体异质结结构、有机小分子表面修饰等方法对其进行改性,获得了三种新型光催化剂,改善了氯氧化铋带隙宽、量子效率低等问题。并分别进行了结构及光催化性能方面的研究。(1)构建碱式硝酸铋与氯氧化铋异质结。结果表明Bi6O6(OH)3(NO3)3·1.5H2O/Bi OCl复合材料的产氢效率可达6.27μmol·h-1·g-1,分别是Bi6O6(OH)3(NO3)3·1.5H2O(0.55μmol·h-1·g-1)和Bi OCl(0.98μmol·h-1·g-1)的11.31和6.36倍。这是因为Bi6O6(OH)3(NO3)3·1.5H2O和Bi OCl之间构建的异质结结构提高了电子-空穴分离的效率,促进了电荷转移,达到提升光催化性能的目的。(2)构建有机半导体g-C3N4与氯氧化铋异质结复合材料,并确定其原料的最佳比例。分析不同含量的原料比对光催化产氢性能的影响。结果表明当有机半导体g-C3N4与氯氧化铋的原料比为1:2时,在可见光照射下(λ>400 nm),产氢效率可达36.6μmol·h-1·g-1,约为g-C3N4(13.3μmol·h-1·g-1)的2.75倍。同时氯氧化铋与g-C3N4构建异质结扩大了复合材料的光吸收范围,促进其吸收带边向可见光红移,并且g-C3N4作为一种具有共轭结构的有机分子,具有能够提升电子传输效率的大π键,从而提升了光催化性能。(3)使用极性有机分子对甲苯胺对氯氧化铋进行表面修饰,在模拟太阳光照射下,复合材料(7.98μmol·h-1·g-1)在光催化实验中H2生成率约为Bi OCl(1.04μmol·h-1·g-1)的7.67倍。这些可能是因为在使用对甲苯胺对Bi OCl表面修饰后,复合材料的光生电子-空穴对分离效率明显提高,因此在氯氧化铋表面修饰具有共轭结构的极性有机分子有利于其光催化性能的提高。